Um procedimento conveniente para visualizar defeitos em camadas de grafeno mapeando a superfície de materiais de carbono com um agente de contraste apropriado foi apresentado por uma equipe de pesquisadores do Instituto Zelinsky de Química Orgânica da Academia Russa de Ciências (Moscou), envolvidos em um projeto colaborativo internacional. Um novo procedimento de tomografia de imagem revelou padrões organizados de defeitos em grandes áreas de superfícies de carbono. Vários tipos de defeitos na superfície do carbono podem ser "detectados" e capturados na imagem microscópica em poucos minutos. O artigo que descreve a pesquisa foi publicado em Ciência Química , o jornal da Royal Society of Chemistry.

Antecipa-se que o grafeno e os materiais 2D relacionados se tornem os compostos do século. Não é surpreendente - o grafeno é extremamente fino e forte, e possui excelentes características elétricas e térmicas. O impacto de um material com tais propriedades únicas é promissor. Os cientistas prevêem o aparecimento iminente de novas aplicações biomédicas, uma nova geração de materiais inteligentes, conversão de luz altamente eficiente e fotocatálise reforçada por grafeno. Contudo, um obstáculo é que muitas propriedades e recursos exclusivos estão relacionados apenas ao grafeno perfeito com um número controlado de defeitos. Contudo, na realidade, superfície ideal de grafeno livre de defeitos é difícil de preparar, e os defeitos podem ter vários tamanhos e formas. Além disso, o comportamento dinâmico e as flutuações tornam os defeitos difíceis de localizar. O processo de digitalização de grandes áreas de folhas de grafeno, a fim de descobrir locais de defeitos e estimar a qualidade do material é uma tarefa demorada, e existe uma falta de métodos diretos simples para capturar e visualizar defeitos na superfície do carbono.

Um projeto de pesquisa conjunto realizado por Ananikov e colegas de trabalho revelou um agente de contraste específico - complexo de paládio solúvel - que se liga seletivamente a áreas defeituosas na superfície de materiais de carbono. A fixação de Pd leva à formação de nanopartículas, que pode ser facilmente detectado usando um microscópio eletrônico de rotina. Quanto mais reativo for o centro de carbono, mais forte é a ligação do agente de contraste no procedimento de imagem. Assim, centros de reatividade e locais de defeitos em uma superfície de carbono foram mapeados no espaço tridimensional com alta resolução e excelente contraste usando um procedimento de imagem em nanoescala útil. O procedimento desenvolvido distinguiu defeitos de carbono não apenas devido à diferença em sua morfologia, mas também devido à variação da reatividade química. Portanto, esta abordagem de imagem permite que a reatividade química seja visualizada com resolução espacial.

O mapeamento dos centros de reatividade do carbono com "marcadores de Pd" proporcionou uma visão única da reatividade das camadas de grafeno. Conforme revelado no estudo, mais de 2.000 centros reativos podem ser localizados por 1 μm ² da área de superfície do material de carbono regular. O estudo apontou a complexidade espacial do material de carbono em nanoescala. O mapeamento da densidade de defeitos de superfície mostrou gradientes e variações substanciais em toda a área de superfície, que podem possuir estruturas organizadas de defeitos.

Aplicação médica de imagens (tomografia) para diagnósticos, incluindo o uso de agentes de contraste para maior precisão e observação mais fácil, provou sua utilidade por muitos anos. O presente estudo destaca uma nova possibilidade em aplicações de tomografia para executar diagnósticos de materiais em escala atômica.